综述：下肢假体中的体感恢复与神经控制策略

《npj Biomedical Innovations》：Somatosensory restoration and neural control strategies in lower-limb prostheses

本综述系统梳理了下肢截肢神经假体领域的最新进展，重点聚焦于体感恢复（如靶向感觉神经支配TSR、脊髓刺激SCS）与神经控制策略（如靶向肌肉神经支配TMR、肌电信号EMG解码）两大方向。文章深入探讨了侵入性与非侵入性技术的优劣，并前瞻性地提出整合双向闭环传感运动系统是提升假体 embodiedment（体验）与功能性的关键，为攻克下肢假体缺乏直接神经交互这一核心难题提供了重要见解。

　　

Somatosensory Restoration

下肢截肢导致患者丧失了对假体的直接控制和感觉反馈，这不仅影响运动功能，还会引发幻肢痛（PLP）并削弱假体 embodiedment（即假体被感知为身体一部分的体验）。体感恢复技术旨在通过电刺激等方式，唤起源自缺失肢体的感觉。

侵入性体感神经假体主要包括三类外科手术技术和多种植入式装置。 agonist-antagonist myoneural interface（AMI）手术通过将一对拮抗肌的肌腱串联，使一方肌肉收缩时拉伸另一方，从而诱发本体感觉。研究表明，接受AMI手术的截肢者假体控制能力增强，步行速度、步态对称性提高，且未出现幻肢痛。骨整合（Osseointegration）是将钛棒植入残肢骨骼，使患者能通过骨骼感知振动和力，即“骨感知”，改善本体感觉和功能测试表现，但存在较高感染风险。靶向感觉神经支配（TSR）则将支配缺失肢体的神经重新定向至身体其他部位皮肤，刺激该区域可诱发缺失足部的感觉，并降低幻肢痛。

植入式装置中，周围神经刺激（如横向束内多通道电极TIMEs、高密度复合扁平接口神经电极C-FINEs）可通过刺激坐骨神经等分支，在幻足和腿部诱发触觉、压力、本体感觉等多种感知，改善步行代谢消耗、平衡能力和步态动力学。脊髓刺激（SCS）则通过刺激腰骶段脊髓，按皮节分布诱发腿部感觉，并能增强平衡控制，显著减轻幻肢痛。

非侵入性技术主要包括经皮神经电刺激（TENS）和感觉替代。TENS可通过刺激神经再生皮肤或近端区域改善感知 embodiedment、步态 kinematics（运动学）并降低PLP。感觉替代（如振动触觉反馈）则通过刺激身体替代部位提供感觉代偿，虽能改善步态相感知和姿势稳定性，但可能增加认知负荷。

体感信息的编码参数（如刺激幅度、频率、脉冲宽度）调控感知强度与位置。研究正探索线性、指数及仿生刺激模式，以提升感觉的自然度，其中仿生刺激能同时调制频率和幅度，更接近自然神经元放电模式，可降低精神努力。

Prosthetic Control

为提升假体控制，研究致力于从残存肌肉解码神经肌肉信号以识别用户运动意图。肌电接口（myoelectric interfaces）可分为侵入性和非侵入性。

侵入性肌电接口通过外科手术或植入装置获取更优信号。靶向肌肉神经支配（TMR）将截肢神经转移至功能次要肌肉，放大神经信号以供表面EMG记录，同时能预防神经瘤和幻肢痛。再生周围神经接口（RPNI）则在肌肉移植物上实现神经再生，为实时假体控制提供生物放大器。植入式肌电（iEMG）装置可无线传输深部肌肉信号，但在下肢假体中的应用尚新。

非侵入性接口包括表面双极EMG（sEMG）和高密度EMG（HD-EMG）。sEMG电极需与接受腔稳健接口以确保动态运动中的稳定记录；HD-EMG则通过高密度电极网格记录大面积肌肉激活模式或解码运动单元动作电位。

运动意图解码与假体控制策略主要有直接控制与监督控制。直接控制将EMG信号经整流、低通滤波后，通过肌肉模型（如Hill-type模型）连续驱动假体关节力矩或阻抗，使截肢者能控制机器人膝关节进行步行和爬楼。监督控制则采用混合方法，融合EMG与机械信号，通过模式识别识别用户运动意图（如平地行走、上下楼梯），切换假体运动模式，实现不同地形下的无缝过渡。

Assessments of Advanced Sensory and Motor Prosthetics

下肢假体使用者跌倒风险高¹⁶，且使用假体需高度认知专注¹⁸。当前临床常用的平衡和步态评估（如功能性步态评估、6分钟步行测试）对区分感觉反馈缺失、假体控制不足或假体自身局限性所致的功能缺陷不够敏感。新研究采用随机阶梯行走、沙地行走或跑台障碍回避等创新评估任务，以量化感觉与运动控制恢复的效果，但其敏感性及与跌倒风险的相关性仍需进一步验证。

Future Directions

尽管上肢假体研究为下肢假体提供了丰富借鉴，但下肢截肢群体（约82%因血管疾病和糖尿病导致）存在感觉传入受损、伤口愈合差等独特临床挑战，且控制器故障风险更高。未来需重点发展整合感觉反馈与运动控制的双向闭环神经接口，以恢复完整的传感运动环路。关键未解问题包括：感觉模态的保真度要求、闭环假体最受益的任务场景、以及敏感度足够的结局指标开发。跨学科合作（神经科学、机器人学、神经工程、康复医学）将是推动下肢神经假体临床转化、提升患者生活质量的核心。